專利名稱：氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)， 特別是一種包括空氣分離單元、氣化單元、以及燃氣引擎單元氣化的 引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
國際上正積極發(fā)展凈煤發(fā)電技術(shù)，利用煤炭轉(zhuǎn)換為潔凈能源，已成為先進國家投入大幅研發(fā)資源爭先發(fā)展的重要課題；其中，氣化復 循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)，無論在技術(shù)應用、能源效率及環(huán)保性能都極具 發(fā)展?jié)摿?。氣化復循環(huán)發(fā)電技術(shù)是先使煤炭在氣化爐的還原氣氛中轉(zhuǎn)化為合 成氣。待固態(tài)燃料轉(zhuǎn)換成氣態(tài)燃料后，再送進復循環(huán)機組發(fā)電。氣化 爐所產(chǎn)生的合成氣在送入復循環(huán)機組前，可以先經(jīng)過凈潔技術(shù)以除塵、 除硫。由于氣化復循環(huán)技術(shù)是將燃料先轉(zhuǎn)化為合成氣，合成氣的體積 相對較小，所以不會產(chǎn)生的大量煙氣。因此，氣化復循環(huán)發(fā)電技術(shù)的 除塵、除硫效率比傳統(tǒng)電廠高出許多。然而，干粉進料至氣化復循環(huán)發(fā)電的氣化爐需要不可燃的傳送氣 體與蒸汽，因而必須消耗大量氮氣，而增加了成本。另一方面，為了 降低溫室效應，也需要能夠以低成本、高效率地補獲二氧化碳的系統(tǒng)。美國第4，185,595號專利揭示一種內(nèi)燃引擎的操作方法，其燃料先 與空氣混合成重組氣再送入引擎燃燒，藉以控制污染；美國第5,724,805 號專利則揭示一種具有二氧化碳捕獲裝置的電力設(shè)備。然而上述專利 均未揭示利用廢氣的再循環(huán)提濃二氧化碳，以及將提濃的二氧化碳應 用于氣化爐干粉進料的傳送。發(fā)明內(nèi)容基于上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可以減少高溫氮
氧化物(ThermalNOx)等污染物排放的氣化與引擎排氣回流提濃二氧 化碳循環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種可以捕獲高濃度二氧化碳的氣化與 引擎排氣回流提濃二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)。為達到上述及其他目的，本發(fā)明提供一種氣化與引擎排氣回流提 濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)，包括空氣分離單元，以供導入大氣并至少分 離出氮氣、二氧化碳、水氣、及氧氣；氣化單元，連接所述空氣分離 單元，用以導入化石燃料或生質(zhì)能燃料及氧氣且氣化為合成氣燃料； 以及燃氣引擎單元，以連接至所述空氣分離單元、所述氣化單元、及 一個負載，以使所述合成氣燃料進行燃燒并驅(qū)動該負載，且燃燒后的 排氣抽出15%至35%，剩余排氣則回流并混合氧氣循環(huán)燃燒。由于所 述燃氣引擎單元的排氣抽出部分后，剩余排氣則與氧氣混合再次導入所述燃氣引擎單元，可以降低所述燃氣弓I擎單元所燃燒的氣體的含氮 量，減少高溫氮氧化物等污染物的排放，經(jīng)多次循環(huán)后，凝結(jié)處理最 終排氣中的水蒸氣，所獲得的二氧化碳濃度可超過80%以上。


圖1顯示本發(fā)明氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)。 主要元件符號說明空氣分離單元氣化單元燃氣引擎單元100 200 300101、 103、 105、 107 201、 203、 205、 207、 209 301、 303、 305、 307實施方式以下是配合

本發(fā)明的具體實施例，以使所屬領(lǐng)域技術(shù)人 員可輕易地了解本發(fā)明的技術(shù)特征與達到功效。如圖1所示，本發(fā)明提供一種氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳 的循環(huán)系統(tǒng)，包括空氣分離單元IOO、氣化單元200、以及燃氣引擎單
元300。氣體(外部空氣)是經(jīng)由管線101導入所述例如為空氣分離廠 的空氣分離單元100。所述空氣分離單元100主要是用以自空氣中分離氧氣(純氧)、二氧化碳、水氣、和/或氮氣，再經(jīng)由管線分別輸送氧氣至氣化單元200以及作為與所述燃氣引擎單元300的排氣、浪合的氧氣。 如圖所示，經(jīng)空氣分離單元100所分離的氧氣是經(jīng)管線103送離所述 空氣分離單元IOO,第一部分是經(jīng)由管線201輸送至氣化單元200，第 二部份則經(jīng)由管線203輸送至燃氣引擎單元300作為氧氣的補充。所 述空氣分離單元100所分離的氮氣是經(jīng)由管線105排出所述空氣分離 單元，剩余的二氧化碳與水氣則經(jīng)由管線107排出。所述氣化單元200是例如一個氣化爐，用以將例如為煤炭或石油 焦等化石燃料或都市垃圾、生質(zhì)能等燃料與氧氣氣化轉(zhuǎn)換為合成氣燃 料再經(jīng)管線輸送至燃氣引擎單元300。如圖l所示，化石燃料或生質(zhì)能 燃料是由管線205輸送至所述氣化單元200，與氧氣形成合成氣燃料后 經(jīng)由管線207輸送至燃氣引擎單元300，所述氣化單元200所生成的爐 渣則經(jīng)由管線209排出。所述燃氣引擎單元300連接至所述空氣分離單元100、所述氣化單 元200、及一個例如為發(fā)電機的負載(圖未示)，以使所述合成氣燃料 進行燃燒并驅(qū)動該負載，且燃燒后的排氣抽出15%至35%，剩余排氣 則回流并混合氧氣循環(huán)燃燒。在本實施例中，所述燃氣引擎單元300 是例如一個應用于火力發(fā)電廠的引擎，用以驅(qū)動一個發(fā)電機，并且所 述氣化單元200所形成的合成氣燃料先與一般空氣進行燃燒，燃燒后 的排氣(廢氣)經(jīng)由管線301排出所述燃氣發(fā)電單元300后，先經(jīng)由 管線303抽出部份排氣，剩余排氣則經(jīng)由管線305與所述空氣分離單 元100所分離的第二部分氧氣混合，經(jīng)由管線307再次導入燃氣引擎 單元300，代替外部空氣，與合成氣燃料進行燃燒。一般而言，經(jīng)由管線303抽出的排氣占所述燃氣引擎單元排氣總 量的15%至35%，優(yōu)選占所述燃氣引擎單元排氣總量的25%至30%， 更優(yōu)選抽出所述燃氣引擎單元排氣總量的29%。由于大氣中的氧氣含 量大約占20.9%左右，而燃燒后的氧氣含量約占6%至8%左右，為仿 一般大氣含量比例，因此，用以補充與剩余排氣進行混合的氧氣占10 %至20%左右，優(yōu)選占10%至15%，更優(yōu)選占12%。為了使所述燃 氣引擎單元300可適用于一般汽車引擎，補充的氧氣優(yōu)選以與大氣含 氧比量相似的量與所述剩余排氣進行混合。所述混合后的氣體大約含 有40%的二氧化碳以及約38%的水氣。所述燃氣引擎單元300以合成氣燃料與一般空氣進行燃燒時，引 擎排氣中含有大約80%的氮氣，以及6%至8%的氧氣。經(jīng)多次抽出循 環(huán)后，逐漸減少了燃燒氣體中的氮含量，進而大幅降低了高溫氮氧化 物等污染物的排放量。并且，由于用以與合成氣燃料進行燃燒的循環(huán) 氣體中，漸漸以二氧化碳成分取代大氣中的氮成分，除了降低高溫氮氧化物的排放量，也可同時降低燃氣引擎的最高燃燒溫度。通常，經(jīng)多次抽出循環(huán)后，所述燃氣引擎單元的排氣中大約含有 40%的蒸汽、50%的二氧化碳、以及6%至8%的氧氣。進行降溫凝結(jié) 蒸氣后，二氧化碳的濃度大約可上升至80%以上，或高達90%。與一 般利用吸附方式補獲高濃度二氧化碳的方法相比較，本發(fā)明的循環(huán)系 統(tǒng)是利用低成本、高安全性的方式補獲高濃度二氧化碳。另一方面， 將本發(fā)明氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)應用于發(fā)電廠 (例如，氣化復循環(huán)發(fā)電技術(shù)，IGCC)，可達到降低二氧化碳排放的 功效。在一個具體實例中，經(jīng)疊代300次后的計算結(jié)果顯示，燃氣弓l擎 單元的排氣中，二氧化碳的濃度約為46%、水氣約為44%。經(jīng)冷卻后, 二氧化碳的濃度可提高至82%。至于引擎部分，則仍然維持26%的引 擎效率。本發(fā)明氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)所獲得的高 濃度二氧化碳可取代氮氣，應用于氣化廠的煤粉傳送，能夠儉省氮氣 的用量與熱損失。另一方面，增加二氧化碳的濃度，也可影響氣化反 應的平衡點，進而提高一氧化碳的產(chǎn)量。并且，本發(fā)明氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)中， 可使用燃氣引擎單元的冷卻水作為氣化單元的氣化反應的水蒸氣來 源。另一方面，所述燃氣引擎單元未經(jīng)降溫的排氣中含有約40%的水 蒸氣以及約50%的二氧化碳，所述水蒸氣也可用于氣化單元的氣化反 應。因此，可以省去另外安裝加熱裝置產(chǎn)生水蒸氣的設(shè)備與費用，也 具有減少制造方法與降低成本的優(yōu)點。
但是上述實施例僅為例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，并非用 于限制本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范 疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護范圍， 應如后述的申請專利范圍所列。
權(quán)利要求
1. 一種氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)，其包含有空氣分離單元，以供導入大氣并至少分離出氮氣、二氧化碳、水氣、及氧氣；氣化單元，連接所述空氣分離單元，用以導入燃料及氧氣且氣化為合成氣燃料；以及燃氣引擎單元，以連接至所述空氣分離單元、所述氣化單元、及一個負載，以使所述合成氣燃料進行燃燒并驅(qū)動所述負載，且燃燒后的排氣抽出15％至35％，剩余排氣則回流并混合氧氣循環(huán)燃燒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述燃氣引擎單元的排 氣抽出25%至30%，剩余排氣則回流并混合氧氣循環(huán)燃燒。■
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述燃氣引擎單元的排 氣經(jīng)抽出后的剩余排氣回流并混合10%至20%的氧氣循環(huán)燃燒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述燃氣引擎單元的排 氣經(jīng)抽出后的剩余排氣回流并混合10%至15%的氧氣循環(huán)燃燒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述空氣分離單元是以 管線分別連接至所述氣化單元與所述燃氣引擎單元，以分別供應 氧氣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述空氣分離單元是空 氣分離廠。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述燃料為選自化石燃 料或生質(zhì)能燃料中的一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述化石燃料為選自煤 炭或石油焦中的一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述氣化單元是氣化爐， 并通過管線連接以輸送合成氣燃料至所述燃氣引擎單元。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述負載是發(fā)電機。
全文摘要
一種氣化與引擎排氣回流提濃二氧化碳的循環(huán)系統(tǒng)，包含空氣分離單元、氣化單元、以及燃氣引擎單元，其中，所述燃氣引擎單元的排氣抽出15％至35％，剩余排氣則與氧氣混合再次導入所述燃氣引擎單元。由于所述燃氣引擎單元的排氣抽出部分后，剩余排氣則與氧氣混合再次導入所述燃氣引擎單元，因而可以降低所述燃氣引擎單元所燃燒的氣體的含氮量，減少高溫氮氧化物等污染物的排放，經(jīng)多次循環(huán)后，凝結(jié)處理最終排氣中的水蒸氣，所獲得的二氧化碳濃度可超過80％以上。
文檔編號F02B43/08GK101210513SQ20061015665
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者徐恒文, 陳威丞 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院